青藏线空调列车内污染物浓度场的数值研究

以青藏线25T型空调列车为研究对象,采用CFD软件中的湍流Realizable k-ε模型对列车运行过程中车内污染物浓度沿线变化进行了数值模拟。结果表明:太阳辐射沿线变化对车内热环境的影响显著,车内温度场、速度场和污染物浓度场之间的耦合作用导致列车行经不同站点时车内污染物的空间分布和迁移特性存在显著差异。自车室端门至中截面方向,CO2浓度呈脉动状分布并逐渐增大,并且在整个运行线路上保持了较好的一致性;送风口关于车室纵向对称轴线的对称布置与座椅的不对称布置对三人座椅区和二人座椅区的CO2浓度分布有一定影响;靠近车室两侧壁附近区域的CO2浓度较高,部分工况下超出了空气质量标准规定值的2~3倍,但过道处的CO2浓度则维持在0.1%左右,符合室内空气质量要求。本文对青藏线空调列车内污染物浓度的沿线动态变化研究,对于优化空调系统运行模式和改善车内空气品质具有重要的理论指导意义。     

桩板路基结构扩体预制桩的承载特性试验研究

为了深入揭示桩板路基结构中引扩孔灌浆扩体预制桩的承载特性与荷载传递机制,研究预制桩扩体截面尺寸、桩顶承压方式以及截面组合形式对扩体桩中预制桩-扩体-周围土协同作用的影响规律,在2个试验区开展了9根试桩的静载荷试验。试验区A是内部管桩承载的5根扩径0～1 200 mm扩体预制桩,试验区B是内部管桩承载和全截面承载的2根小直径管桩扩体桩以及2根大直径管桩扩体桩。试验结果表明：外围水泥砂浆的设置可将内部管桩荷载有效传递至周围土体,提升整体承载性能,当水泥砂浆厚度由10 cm增加到25 cm时,同级荷载作用下桩顶沉降降低约44.3%～59.5%,但随水泥砂浆厚度的进一步增加,该变化趋势不明显,试验工况下外围水泥砂浆厚度的合理取值范围为15～25 cm;内部管桩承载工况下扩体桩中管桩-砂浆界面阻力呈两端大、中间小的分布模式,受内部管桩和周围土侧阻力综合作用,水泥砂浆厚度小于15 cm时可能在桩顶附近出现拉应力;全截面承载工况下管桩-砂浆界面阻力受桩顶等位移作用影响发挥相对较小,但随着深度增加呈逐渐增大的变化趋势,在整体承载性能上与内部管桩承载工况大体相当;内部预制桩直径的增加可显著提高扩体桩的承...     

真空管道磁悬浮列车气动特性及激波效应三维研究

近年来,真空管道列车系统以其减阻降噪、高速运行的特点成为高速列车新的研究方向。真空管道列车运行环境复杂多变,对管道内部气动特性及流场结构的研究在真空管道列车的设计和优化中尤为重要。研究基于SST k-ω湍流模型及大涡模拟方法,采用三维数值模型对阻塞比为0.15的真空管道磁悬浮列车系统在马赫数为0.490～0.980的来流条件和0.3～0.1 atm的管道压力下进行稳态和非稳态模拟,得到列车周围外部流场的气动特性,详细阐述了列车尾流激波的形成和传播。根据不同来流马赫数和压力条件将流场分为3类典型工况,并沿流动方向将流场分为5个区域分析流场特性。结果表明,随着来流马赫数从0.490增加到0.654,尾车肩部开始出现激波。随着来流马赫数进一步增加至0.817,尾流区域出现斜激波、“X”型激波结构等复杂流动现象,不同来流马赫数条件下跨声速流场中的气流马赫数分布相似,压力系数呈现梯度分布。激波与尾涡、边界层相互干涉与融合,成为尾流流场的主要结构。研究成果可为真空管道列车不同来流速度和不同真空度情况尾流激波抑制以及气动阻力优化设计提供工程指导。     

小净距左右不同跨度隧道施工对上部建筑物变形影响分析

依托重庆市两江桥的渝中连接隧道,应用有限元软件ANSYS建立包括建筑物在内的3D隧道模型。分别计算小净距左右不同跨度隧道采用左洞先行的CD+弧形导坑预留核心土(工况Ⅰ)、左洞先行的超短台阶+弧形导坑预留核心土(工况Ⅱ)和右洞先行的CD+弧形导坑预留核心土(工况Ⅲ)施工方法对上部建筑物的位移变化规律。研究结果表明:在3种工况下,隧道施工对上部建筑物最不利影响发生在左右隧道交接阶段,上部建筑物的水平位移和竖向位移影响规律大致相同;相比工况Ⅲ,工况Ⅰ下的水平偏移量减少21.1%,沉降量增加0.2%,在工况Ⅱ中相应值为-19.44%、0.29%;建筑物沿高度方向的位移在隧道施工过程中逐渐增大,但增长速度减缓,工况Ⅲ中沿建筑物高度方向沉降增加量百分比分别为5.73%,9.32%,10.46%;当围岩较好、支护支撑合理、地表存在不对称荷载时,先开挖远离建筑物一侧的隧道更合理。     

高速铁路隧道衬砌掉块气动力学行为及演化机制

随着我国高速铁路建造技术高质量发展,高速列车运行速度不断提升。受列车运行速度、隧道服役时间等众多因素的影响,高速铁路隧道在服役期间,衬砌裂损掉块病害现象日益凸显,严重危害行车安全。为探究行车环境下,列车风及其流场结构对隧道衬砌掉块下落过程的影响规律,建立列车-隧道-衬砌掉块-空气三维气固耦合计算模型,模拟行车环境下衬砌掉块自隧道拱顶脱落到下降落地的全过程。研究结果表明：1)衬砌掉块的下落过程包括3个方向的平动与转动,平动以沿列车纵向运动为主,纵向运动位移约为横向运动位移的4倍,转动以横轴为主;2)列车风与衬砌掉块相互作用相互影响,列车风作用在掉块时,掉块周围的流场出现漩涡、绕流等现象继而改变掉块的运动姿态和方向。与此同时,掉块的运动又进一步使其周围流场结构发生改变,以此不断反复直至落地;3)沿列车纵向上是流场结构的主要流动方向,列车风作用在掉块上,推动其运动,故沿列车纵向为衬砌掉块的主要运动方向。衬砌掉块随时间变化与流场结构产生不同的夹角与不同强度的绕流,故衬砌掉块的转动以横轴为主。研究结果对防治隧道掉块病害及提高行车安全性具有一定的参考价值。     

双洞隧道独头掘进CO扩散效应模拟分析

基于CFD的基本理论,对某双洞公路隧道和其压入式通风系统建立三维模型,利用RNG k-ε湍流模型模拟双洞隧道独头掘进时CO扩散规律,得出非稳态下CO扩散数据模型。用2个指标(CO扩散浓度、污染持续时间)来量化污染严重程度。研究发现双洞隧道独头掘进时,如果2条隧道的通风功率不一样,一条隧道掌子面爆破作业后产生的CO会沿着双洞隧道间的人行横道扩散,进而影响另一条隧道的空气质量。根据爆破后的双洞等功率通风CO扩散效果的研究,提出了更为合理的通风管理措施。     

空调列车硬座车厢内污染物扩散规律研究

目前的检测手段很难从整体上了解列车车厢内污染物分布情况。本文以空调列车硬座车厢为研究对象,采用κ-ε湍流模型和组分输运模型,对车厢内污染物CO2的扩散情况进行模拟研究,结果表明:在现有的条缝通风模式下,车厢内在地板上方110 cm到170 cm的高度范围内,CO2质量分数基本上都超标,除了座椅间通道,整体上处于客车空调设计规范TB1951-87的上限1.7倍左右;靠近座椅间通道的两列乘客区受送风气流旋涡的影响,在110 cm的高度上,CO2浓度沿车厢长度方向呈脉动状分布;在靠近车窗的乘客区,由于上升气流的带动,乘客头部高度上的CO2浓度低于车厢中上部的浓度;在同一高度上,车厢中部CO2浓度高于端部的浓度;双人座位乘客区的CO2浓度低于同排相同高度上三人座位乘客区的浓度。研究结果可为空调列车硬座车厢内污染物的检测测点设置和气流组织改善提供参考。     

动车组受电弓检测装置的气动特性分析

为减小动车组车载设备的气动阻力,针对受电弓检测装置左右设备分别建立单体和3节车编组的数值计算模型.基于空气动力学的数值计算方法,将列车明线运行工况归结为定常不可压缩黏性流体流动问题.利用结构化网格划分软件对计算区域进行离散化并验证网格无关性,再采用标准k-ε湍流模型预测受电弓检测装置周围流场,对比分析不同列车速度、运行...     

路堑深孔爆破粉尘动态扩散数值模拟研究

研究目的:随着粉尘污染引起的电气化铁路接触网运作事故频见,对紧邻既有铁路路堑爆破提出了更高要求。基于此,本文从定性分析爆破粉尘扩散规律入手,利用ANSYS Fluent数值软件,分析路堑深孔爆破粉尘动态扩散特性和不同粒径粉尘的扩散分布范围,提出紧邻既有线不同距离爆破施工方案。研究结论:(1)爆破粉尘的运动过程大致可分为三个阶段,即突喷阶段、卷积云阶段和扩散阶段,时长分别控制在1.5 s以内、5 s以内、60 s以上;(2)爆区上方粉尘主要集中在爆区周边,而自由面前方的粉尘沿风流方向扩散,粉尘颗粒所能达到的垂直高度最高约为14 m;(3)沿风流方向距爆破自由面位置10～15 m时,粒径>100μm的粉尘颗粒受重力作用基本沉积;在15～20 m时,粒径处于40～100μm的颗粒也快速沉降;25 m以外,主要以粒径<20μm的粉尘颗粒为主;(4)当爆区边缘距接触网距离<20 m时,应选择爆破抛掷方向平行既有铁路方向,且起爆时环境风流方向也平行既有线方向;同时,如果采用水雾降尘措施,水雾产生时间不应迟于主爆区起爆时间1.5 s,水雾高度控制在14 m为宜;(5)本研究成果可在...     

高海拔隧道施工自卸车CO扩散规律

为定量分析高海拔隧道出渣过程中自卸车CO排放对施工环境的影响,针对自卸车底部、侧部、尾部安装排气管三种CO排放方式,基于Fluent软件,采用RNGk-ε湍流模型,选取Species Transport模型模拟CO与空气的耦合作用,考虑高海拔低气压和空气密度的影响,运用动网格及用户自定义函数(UDF),模拟自卸车体行驶过程中隧道气流三维速度场、CO浓度场,基于现场实测数据验证模拟结果。结果表明:相同行驶工况下,隧道断面越大,CO沿途扩散越快,较高的CO浓度主要出现在车体高度以下区域;三种排气管中,侧部排气管最有利于沿途CO扩散。自卸车排气管轴向CO浓度的沿途扩散符合e指数衰减规律,根据一维扩散理论,提出CO浓度累积预测计算式。     

某地下单洞双线隧道通风排烟方案研究

研究目的:地铁地下单洞双线隧道具有断面积大、行车组织复杂等特点,隧道通风和排烟一直是工程设计中的重难点。本文研究了某地下单洞双线隧道正常通风、阻塞通风和火灾排烟系统方案。基于国内最不利地铁隧道通风室外空气计算温度,运用SES和CFD软件对隧道内正常、阻塞和火灾工况进行模拟分析。研究结论:(1)模拟工况条件下,正常工况下隧道内平均温度最高为38. 3℃,满足列车正常运营环境温度要求;(2)阻塞工况下列车周围空气平均温度为41. 1℃,满足列车空调工作温度要求;(3)火灾工况下,烟气被控制在列车前后100 m范围内,且主要集中在隧道顶部,疏散平台2 m高度范围内平均温度不超过60℃,满足乘客疏散要求;(4)本研究确定了单洞双线大断面隧道通风和排烟方案及效果,为轨道交通领域类似工程通风排烟设计提供参考。     

高速铁路路基基底盐渍土抗溶陷措施

盐渍土的溶陷变形可能造成线路不平顺性加剧,不利于高速铁路的安全运营。而水分是影响盐渍土地基溶陷的主要因素。为研究高速铁路路基基底盐渍土的抗溶陷措施,开展了不同反压护道宽度与垂直防渗深度的渗流计算。结果表明:不同工况下,体积含水率增量沿地基深度方向均呈先增大后逐渐减小趋势,孔隙水压力增量沿地基深度方向呈衰减变化;路基坡脚外增设反压护道及垂直防渗措施均可有效防止基底浅层土的体积含水率增大,路基基底的防渗效果与反压护道宽度及垂直防渗深度成正比;建议采用"3 m宽反压护道+4 m深垂直防渗"作为徳伊高速铁路路基基底盐渍土的抗溶陷措施。     

地铁车站站厅排烟口位置对乘客安全疏散的影响

为改善地铁车站站厅层公共区的排烟效果,以郑州某地铁车站为研究对象,利用FDS(火灾数值模拟)软件对不同的排烟工况下的火灾数据进行数值模拟计算,得出以下结论:在安全疏散时间内,除了着火点周围3 m区域范围,其他位置均能够满足乘客的安全疏散要求;火灾时,相比排烟管道设置在站厅层公共区围护结构两侧区域,排烟管道在站厅层公共区中部区域时更有利于乘客的安全疏散;在进行排烟设计时,站厅层公共区易发生火灾部位周围沿站厅层长度方向上12.6 m范围内、宽度方向上6.45 m范围内不应设置排烟防火阀。     

时速160公里城际列车气动性能研究

随着国内高速铁路网不断完善、城市内部和城际之间的轨道交通快速发展,城际列车设计速度逐年提高,达到160 km/h,其在运行过程中将面临一系列空气动力学问题。为分析160 km/h城际列车运行时的综合气动性能,利用STAR CCM+软件,采用三维雷诺时均Realizable k-ε湍流模型模拟城际列车的周围流场特性,应用重叠网格模拟列车穿越隧道的滑移运动,将原始头型、改进头型和车顶设备城际列车模型进行数值仿真分析,研究160 km/h城际列车明线运行和通过2种不同横截面积隧道时的流场特性和车体的受力情况,分析城际列车在不同工况下的气动性能。研究结果表明：适用于干线铁路160 km/h城际列车的头车气动阻力较大,通过改进头车的凹槽外形和空调导流斜面,可减少头车所受气动阻力,头车的阻力系数由0.397减小为0.349,降幅12%,整车减少8.26%。横风条件下,头车车身阻力系数随风向角的增大而减小,中间车和尾车的车体阻力系数随着风向角增大而增大,头车倾覆力矩系数最大,沿车身方向降低,尾车最小。城际列车以相同速度通过50 m²和80 m²隧道时,改进...     

温度荷载对桥上无缝线路平顺性的影响分析

基于梁轨相互作用原理,利用有限元方法,建立桥上无砟轨道无缝线路模型,桥梁温度荷载分别取均匀温度荷载、沿梁高的温度梯度荷载以及沿梁高和梁宽双向温度梯度荷载3种工况,计算分析桥梁在不同温度荷载作用下桥上无缝线路的平顺性。计算结果表明:桥梁受沿梁高温度梯度荷载作用时对钢轨竖向位移的影响最大,线路的短波、中波高低不平顺均超过规范限值,长波高低不平顺未超限;桥梁在沿梁高和梁宽双向温度梯度荷载作用下,线路的中波高低不平顺稍稍超限,短波高低不平顺接近规范限值,长波高低不平顺有较大余量;桥梁在均匀温度荷载作用下,线路的高低不平顺均远小于限值。     

铁路混凝土箱梁温度场及温度效应

运用试验方法,对铁路混凝土箱形梁的水泥水化、日照温度场及温度效应进行研究。结果表明,箱梁水化热温度峰值可达70℃以上,梁体浇筑后最大温升可达44℃,箱梁局部板件(如腹板)混凝土芯部与表面的温差可达10℃以上,箱梁内部混凝土温度与箱梁周围养护区内的环境温度差可达35℃;箱梁沿板厚方向受日照影响存在一定的温度梯度,对于无碴轨道箱梁,顶板的温度梯度超过10℃;箱梁沿梁高方向存在较大的温度梯度,有碴桥梁梁顶和梁底温差可达15℃,无碴桥梁梁顶和梁底温差可达20℃;当外界温度变化时,混凝土内部温度变化存在滞后现象。     

动载作用下桩网结构低路基双层土工格栅力学特性

研究目的:为研究列车动载作用下的土工格栅-桩间土-桩相互作用机理,建立桩网结构低路基加筋垫层双层土工格栅动力分析有限元模型,分析列车动载作用下的土工格栅的受力及变形规律。研究结论:(1)路基结构加筋垫层中,沿线路纵向方向的双层土工格栅其下层格栅拉力较大,列车荷载作用下,下层土工格栅的拉力增量较大;(2)上层土工格栅的竖向位移较大;沿路基横断面方向,上层土工格栅拉力较大,路基中心到坡脚的上、下双层土工格栅拉力的差逐渐减小;(3)列车荷载下的下层土工格栅拉力增量较大;(4)双层土工格栅能够减小其竖向位移和动荷载后格栅拉力的增量,进而减小沿线路纵向和沿路基横断面方向上的不均匀沉降,且较单层土工格栅更易发挥格栅的张力膜效应;(5)本研究可为铁路路基结构土工格栅工作机理分析提供思路和方法。     

空气弹簧气室压力对地铁车辆转向架焊接构架疲劳强度的影响

针对焊接构架侧梁内腔作为空气弹簧附加气室的地铁转向架,运用国际铁路联盟给出的Goodman-Smith疲劳极限法,以转向架焊接构架上盖板单边角焊缝、下盖板和内部加强筋板双边角焊缝为研究对象,在EN 13749标准的主要运营工况下,分析考虑空气弹簧气室压力交变作用对焊接构架侧梁角焊缝焊趾疲劳强度的影响。结果表明:考虑空气弹簧气室压力的交变作用时,上盖板单边角焊缝疲劳特性相比于不考虑空气弹簧气室压力的交变作用会明显恶化,而下盖板和内部加强筋板双边角焊缝疲劳特性变化不明显。因此,针对焊接构架侧梁角焊缝进行疲劳强度评估时,需要考虑空气弹簧气室压力的影响更为合理。     

高速列车近尾流区涡旋结构的湍流特性分析

为降低高速列车的气动阻力和气动噪声提供理论支撑,以CRH380A型高速列车为原型,建立比例尺为1∶30的高速列车空气动力学模型,应用分离涡模拟方法对其周围流场进行数值计算。在对数值模拟方法合理性验证的基础上,结合湍动能和雷诺应力的变化规律,对高速列车近尾流区涡旋结构的湍流特性进行分析。结果表明:在尾车鼻端附近,近尾流区涡旋结构中的湍流涡旋具有可观的湍动能,并随着向下游发展而逐渐耗散,与此同时涡旋结构中所携带的能量沿展向方向移动;在尾车鼻端附近,受车体侧表面分离形成的剪切流动的影响,近尾流区涡旋结构中的湍流涡旋在较高的垂向位置上能够使流向和展向的脉动速度之间保持很好的相关性,而离尾车稍远的湍流涡旋则会在较低的垂向位置产生相对较大的雷诺应力;雷诺应力在垂向上的变化规律受到分别来自车体底部和车体顶部的分离剪切流动的影响,并且尾车鼻端附近的湍流涡旋在受到由车体底部分离形成的剪切流动的作用时,能使流向与垂向的脉动速度之间保持相对较好的相关性,即相应的雷诺应力较大。     

淤泥质土封闭作用下侧压力试验研究

天然软土上覆的硬壳层对其下的软土具有封闭作用,会改变其下软土层侧压力分布及传递规律。为探究封闭作用下淤泥质土侧向土压力特性,通过模拟3种不同工况的室内试验,研究含水率、加载方式、硬壳层完整性对侧压力竖向分布规律,侧压力系数及横向传递特性的影响。试验结果表明:侧向土压力沿深度呈上段抛物线、下段近似直线的半抛物线形分布,其半抛物线趋势受含水率、荷载等级的影响;侧压力系数在一定范围内随深度增加,之后趋于稳定,受含水率影响不大。该结果证明,封闭状态下淤泥质土侧向受荷性能具有类似流体的性质,从工程安全角度考虑,设计时可将封闭状态下淤泥质土侧压力系数取为1。同时,硬壳层完整性对淤泥土中应力传递具有一定影响。